CN106917623A - 钻井井壁稳定性预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻井井壁稳定性预测方法及装置。所述方法包括：根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据，根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，在进行井壁稳定性预测时考虑到了井筒钻开时间，从而，提高了钻井井壁稳定性预测的准确率。

Description

钻井井壁稳定性预测方法及装置

技术领域

本发明涉及石油工程技术，尤其涉及一种钻井井壁稳定性预测方法及装置。

背景技术

石油工程中钻井井壁稳定性预测具有重要意义。如果钻井井壁稳定性预测不准，会造成钻井井壁失稳。由于钻井井壁失稳导致的工程报废和损失每年数以亿计，并且，钻井井壁失稳会造成钻井过程中经常发生漏失、卡钻、鳖跳、落鱼等复杂工程事故，严重耽搁了勘探开发进程，因此，在石油工程中，对钻井井壁的稳定性进行预测变得非常重要。

现有技术中，通过采用测井数据、录井数据及测试数据等数据获得地层坍塌压力和破裂压力，然后根据地层坍塌压力和破裂压力，进行钻井井壁稳定性预测。

但是，上述方法只考虑了测井数据、录井数据及测试数据，钻井井壁稳定性预测的准确率低。

发明内容

本发明提供一种钻井井壁稳定性预测方法及装置，以提高钻井井壁稳定性预测的准确率。

本发明提供一种钻井井壁稳定性预测方法，包括：

根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据；

根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

进一步地，所述井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据；

所述根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据包括：

根据岩心资料及所述测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度；

根据所述测井数据、所述钻井数据、所述录井数据及所述地层测试数据获取地层孔隙压力；

根据所述测井数据获取钻井井斜作用系数。

进一步地，所述根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，包括：

根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力；

根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力。

进一步地，所述根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力，包括：

根据公式获取所述地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，USHE为所述标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，为所述标定后的地层内摩擦角，σ_n为所述裂缝面的正应力，τ_f为所述裂缝面的剪应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

进一步地，所述根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力，包括：

根据公式获取所述地层破裂压力，其中，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，UTI为所述标定后的岩石抗张强度，σ_n为所述裂缝面的正应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为所述裂缝面的剪应力，K_m为所述标定后 的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

进一步地，所述根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力之后，还包括：

根据所述地层坍塌压力和所述地层破裂压力确定泥浆密度。

本发明还提供一种钻井井壁稳定性预测装置，包括：

第一确定模块，用于根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据；

第二确定模块，用于根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

进一步地，所述井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据；

所述第一确定模块包括：

第一获取子模块，用于根据岩心资料及所述测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度；

第二获取子模块，用于根据所述测井数据、所述钻井数据、所述录井数据及所述地层测试数据获取地层孔隙压力；

第三获取子模块，用于根据所述测井数据获取钻井井斜作用系数。

进一步地，所述第二确定模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定 后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力；

第二确定子模块，用于根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力。

进一步地，所述第一确定子模块具体用于：

根据公式获取所述地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，USHE为所述标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，为所述标定后的地层内摩擦角，σ_n为所述裂缝面的正应力，τ_f为所述裂缝面的剪应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角、C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角；

所述第二确定子模块具体用于：

根据公式获取所述地层破裂压力，其中，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力， α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，UTI为所述标定后的岩石抗张强度，σ_n为所述裂缝面的正应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为所述裂缝面的剪应力，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

本发明提供的钻井井壁稳定性预测方法及装置，通过根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据，根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，在进行井壁稳定性预测时考虑到了井筒钻开时间，从而，提高了钻井井壁稳定性预测的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的钻井井壁稳定性预测方法实施例一的流程示意图；

图2为本发明提供的钻井井壁稳定性预测方法实施例二的流程示意图；

图3为井筒钻开1小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图；

图4为井筒钻开6小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图；

图5为井筒钻开12小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图；

图6为井筒钻开48小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图；

图7为本发明提供的钻井井壁稳定性预测装置实施例一的结构示意图；

图8为本发明提供的钻井井壁稳定性预测装置实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明提供的钻井井壁稳定性预测方法实施例一的流程示意图。如图1所示，本实施例提供的钻井井壁稳定性预测方法包括：

S101：根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据。

具体地，岩心资料为使用岩心钻机从地下取出的。本实施例中的目标区域为需要对钻井井壁稳定性进行预测的区域。

井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据。

需要说明的是，在从地下取岩心资料时，是以一定的间隔距离从不同的井深处取出的，其只能反映离散的井深处的性质。在对目标区域的井壁稳定性进行预测时，需要对连续井深进行预测的，因此，需要采用岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据。这里的基础数据可以反映连续的井深处的性质。例如，对岩心资料进行岩石力学实验，获得地层内摩擦角，采用根据岩心资料获得的地层内摩擦角对测井数据进行标定，获 得标定后的地层内摩擦角。

S102：根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

井筒钻开时间是指从钻开井筒开始起算至进行稳定性预测时的中间间隔时间，其量纲为小时。

本实施例中确定地层坍塌压力和地层破裂压力时，考虑到了井筒钻开时间，因此，本实施例获得的地层坍塌压力和地层破裂压力是时变的，钻井井壁的稳定性预测的准确率更高。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测方法，通过根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据，根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，在进行井壁稳定性预测时考虑到了井筒钻开时间，从而，提高了钻井井壁稳定性预测的准确率。

图2为本发明提供的钻井井壁稳定性预测方法实施例二的流程示意图。如图2所示，本实施例在图1所示实施例的基础上，可选的，井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据，钻井井壁稳定性预测方法包括：

S201：根据岩心资料及测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度。

具体地，对岩心资料进行岩石力学实验，获得动态的杨氏模量、动态的泊松比、地层内摩擦角、裂缝面的内摩擦角、裂缝面的内摩擦系数及岩石抗张强度。

根据测井数据、动态的杨氏模量及动态的泊松比获得所述标定后的杨氏模量及标定后的泊松比，根据标定后的杨氏模量及标定后的泊松比获得标定后的地层抗剪强度，其量纲为MPa。

对测井数据、标定后的杨氏模量及标定后的泊松比采用组合弹簧模型获得水平最大主应力及水平最小主应力，其量纲都为MPa。

根据测井数据及地层内摩擦角获得标定后的地层内摩擦角。

根据测井数据得到所述裂缝面的倾向及所述裂缝面的倾角，可选的，可以通过电阻率成像获得裂缝面的倾向和裂缝面的倾角，对裂缝面的倾向、裂缝面的倾角、水平最大主应力及水平最小主应力采用应力张量变换计算得到裂缝面的正应力和裂缝面的剪应力。

根据测井数据及裂缝面的内摩擦角、裂缝面的内摩擦系数获得标定后的裂缝面的内摩擦角及标定后的裂缝面的内摩擦系数。

根据测井数据及岩石抗张强度获得标定后的岩石抗张强度，其量纲为MPa。

需要说明的是，对岩心资料进行岩石力学实验可以采用现有技术中的实验方法进行。

对岩心资料进行渗透率实验，得到基质渗透率、裂缝渗透率及地层总渗透率，根据测井数据、基质渗透率、裂缝渗透率及地层总渗透率得到标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率及标定后的地层总渗透率，其量纲都为毫达西(mD)。

需要说明的是，对岩心资料进行渗透率实验可以采用现有技术中的实验方法进行。

S202：根据测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据获取地层孔隙压力。

地层孔隙压力的量纲为MPa。

S203：根据测井数据获取钻井井斜作用系数。

在一种实现方式中，测井数据包括钻井井斜角和钻井方位角。钻井井斜作用系数通过下式获得：

其中，ω、θ分别为钻井井斜角和钻井方位角。

需要说明的是，S201-S203没有时序关系。

S204：根据标定后的地层抗剪强度、水平最大主应力、水平最小主应力、标定后的地层内摩擦角、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率、钻井井斜作用系数、地层孔隙压 力及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力。

可选的，在一种实现方式中，可以根据公式：

获取地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为水平最大主应力，σ₃为水平最小主应力，USHE为标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特(BOITS)系数，P_P为地层孔隙压力，为标定后的地层内摩擦角，σ_n为裂缝面的正应力，τ_f为裂缝面的剪应力，为标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为标定后的基质渗透率，K_f为标定后的裂缝渗透率，K为标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为井筒钻开时间，Bn为钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

需要说明的是，η一般取1，α取0.8，ε取0.0001-0.001之间。

井筒钻开时间是指从钻开井筒开始起算至进行稳定性预测时的中间间隔时间，其量纲为小时。

S205：根据标定后的岩石抗张强度、水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率、钻井井斜作用系数、地层孔隙压力及井筒钻开时间确定目标区域的地层破裂压力。

在一种实现方式中，根据公式：

获取地层破裂压力，其中，σ₁为水平最大主应力，σ₃为水平最小主应力，α为毕奥特系数，P_P为地层孔隙压力，UTI为标定后的岩石抗张强度，σ_n为裂缝面的正应力，为 标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为裂缝面的剪应力，K_m为标定后的基质渗透率，K_f为标定后的裂缝渗透率，K为标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为井筒钻开时间，Bn为钻井井斜作用系数。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测方法中，在计算地层坍塌压力及地层破裂压力时，除了考虑到井筒钻开时间之外，还考虑到了水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、裂缝面的内摩擦角、裂缝面的内摩擦系数及裂缝的渗透率，从而，可以实现高应力背景裂缝性地层时变井壁稳定性预测，该钻井井壁稳定性预测方法不仅准确率高，而且，应用范围广。

进一步地，在图1和图2所示实施例中，S102和S205之后，还包括：根据地层坍塌压力和地层破裂压力确定泥浆密度。

可以根据上述实施例得到的地层坍塌压力和地层破裂压力确定泥浆密度。泥浆密度为地层坍塌压力和地层破裂压力之间才能保证井壁不垮塌也不破裂，实现安全顺利钻进。图3为井筒钻开1小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图。图4为井筒钻开6小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图。图5为井筒钻开12小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图。图6为井筒钻开48小时时不同井斜条件下的坍塌压力和破裂压力组成的安全泥浆密度图。图3-图6中，横坐标为井眼斜度，纵坐标为泥浆密度，下层黑色区域为井壁坍塌区域，上层灰色区域为井壁破裂区域。泥浆密度的上限为地层破裂压力，泥浆密度的下限为地层坍塌压力。表1为地层坍塌压力和地层破裂压力随井筒钻开时间变化表。

表1为地层坍塌压力和地层破裂压力随井筒钻开时间变化表

从图3-图6及表1中可以看出，随井筒钻开时间的增加，地层坍塌压力逐渐升高，地层破裂压力逐渐降低，安全泥浆密度窗口逐渐变窄，井壁稳定区域逐渐变小，据此可以设计保持井壁稳定的精确的泥浆密度。

本实施例的方法在该区域应用50余井次，为目的层钻井提供地层坍塌压力、漏失压力、破裂压力等精细的安全泥浆密度窗口。采用本发明方法后，在保证安全的前提下，钻井液的密度大幅降低，以某井为例，钻井液密度从原来的2.05克/立方厘米降低至现在的1.78克/立方厘米，钻井成本大幅降低。同时使漏失、遇卡、遇阻及循环划眼等钻井复杂情况急剧减少，目的层钻井速度较使用之前提高3倍。

图7为本发明提供的钻井井壁稳定性预测装置实施例一的结构示意图。如图7所示，本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置包括：

第一确定模块71，用于根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据。

第二确定模块72，用于根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置具体可用于执行图1所示方法实施例，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置，通过设置第一确定模块，用于根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据，第二确定模块，用于根据基础数据及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，在进行井壁稳定性预测时考虑到了井筒钻开时间，从而，提高了钻井井壁稳定性预测的准确率。

图8为本发明提供的钻井井壁稳定性预测装置实施例二的结构示意图。如图8所示，本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置在图7所示实施例的基础上，第一确定模块71包括：

第一获取子模块711，用于根据岩心资料及测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的 地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度。

第二获取子模块712，用于根据测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据获取地层孔隙压力。

第三获取子模块713，用于根据测井数据获取钻井井斜作用系数。

第二确定模块72包括：

第一确定子模块721，用于根据标定后的地层抗剪强度、水平最大主应力、水平最小主应力、标定后的地层内摩擦角、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率、钻井井斜作用系数、地层孔隙压力及井筒钻开时间确定目标区域的地层坍塌压力。

第一确定子模块721具体用于：根据公式：

获取地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为水平最大主应力，σ₃为水平最小主应力，USHE为标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特(BOITS)系数，P_P为地层孔隙压力，为标定后的地层内摩擦角，σ_n为裂缝面的正应力，τ_f为裂缝面的剪应力，为标定后的裂缝面的内摩擦角、C_f为标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为标定后的基质渗透率，K_f为标定后的裂缝渗透率，K为标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为井筒钻开时间，Bn为钻井井斜作用系数，ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

第二确定子模块722，用于根据标定后的岩石抗张强度、水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率、钻井井斜作用系数、地层孔隙压力及井筒钻开时间确定目标区域的地层破裂压力。

第二确定子模块722具体用于：根据公式：

获取地层破裂压力，其中，σ₁为水平最大主应力，σ₃为水平最小主应力，α为毕奥特系数，P_P为地层孔隙压力，UTI为标定后的岩石抗张强度，σ_n为裂缝面的正应力，为标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为裂缝面的剪应力，K_m为标定后的基质渗透率，K_f为标定后的裂缝渗透率，K为标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为井筒钻开时间，Bn为钻井井斜作用系数。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置具体可用于执行图2所示方法实施例，其实现原理类似，此处不再赘述。

本实施例提供的钻井井壁稳定性预测装置，通过设置第一获取子模块、第二获取子模块、第三获取子模块、第一确定子模块及第二确定子模块，在计算地层坍塌压力及地层破裂压力时，除了考虑到井筒钻开时间之外，还考虑到了水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、裂缝面的内摩擦角、裂缝面的内摩擦系数及裂缝的渗透率，从而，可以实现高应力背景裂缝性地层时变井壁稳定性预测，该钻井井壁稳定性预测方法不仅准确率高，而且，应用范围广。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种钻井井壁稳定性预测方法，其特征在于，包括：

根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据；

根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据；

所述根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据包括：

根据岩心资料及所述测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度；

根据所述测井数据、所述钻井数据、所述录井数据及所述地层测试数据获取地层孔隙压力；

根据所述测井数据获取钻井井斜作用系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力，包括：

根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力；

根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力，包括：

根据公式获取所述地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，USHE为所述标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，为所述标定后的地层内摩擦角，σ_n为所述裂缝面的正应力，τ_f为所述裂缝面的剪应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数， $Bn=\[sin\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}\×cos\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}-sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ})\],$ ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力，包括：

根据公式获取所述地层破裂压力，其中，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，UTI为所述标定后的岩石抗张强度，σ_n为所述裂缝面的正应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为所述裂缝面的剪应力，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数， $Bn=\[sin\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}\×cos\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}-sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ})\],$ ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力之后，还包括：

根据所述地层坍塌压力和所述地层破裂压力确定泥浆密度。

7.一种钻井井壁稳定性预测装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据岩心资料及井筒钻完井数据确定目标区域的基础数据；

第二确定模块，用于根据所述基础数据及井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力和地层破裂压力。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述井筒钻完井数据包括：测井数据、钻井数据、录井数据及地层测试数据；

所述第一确定模块包括：

第一获取子模块，用于根据岩心资料及所述测井数据获取水平最大主应力、水平最小主应力、裂缝面的正应力、裂缝面的剪应力、标定后的地层抗剪强度、标定后的地层内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦角、标定后的裂缝面的内摩擦系数、标定后的基质渗透率、标定后的裂缝渗透率、标定后的地层总渗透率及标定后的岩石抗张强度；

第二获取子模块，用于根据所述测井数据、所述钻井数据、所述录井数据及所述地层测试数据获取地层孔隙压力；

第三获取子模块，用于根据所述测井数据获取钻井井斜作用系数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块包括：

第一确定子模块，用于根据所述标定后的地层抗剪强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述标定后的地层内摩擦角、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层坍塌压力；

第二确定子模块，用于根据所述标定后的岩石抗张强度、所述水平最大主应力、所述水平最小主应力、所述裂缝面的正应力、所述裂缝面的剪应力、所述标定后的裂缝面的内摩擦角、所述标定后的裂缝面的内摩擦系数、所述标定后的基质渗透率、所述标定后的裂缝渗透率、所述标定后的地层总渗透率、所述钻井井斜作用系数、所述地层孔隙压力及所述井筒钻开时间确定所述目标区域的地层破裂压力。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一确定子模块具体用于：

根据公式获取所述地层坍塌压力，其中，η为地区经验系数，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，USHE为所述标定后的地层抗剪强度，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，为所述标定后的地层内摩擦角，σ_n为所述裂缝面的正应力，τ_f为所述裂缝面的剪应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数， $Bn=\[sin\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}\×cos\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}-sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ})\],$ ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角；

所述第二确定子模块具体用于：

根据公式获取所述地层破裂压力，其中，σ₁为所述水平最大主应力，σ₃为所述水平最小主应力，α为毕奥特系数，P_P为所述地层孔隙压力，UTI为所述标定后的岩石抗张强度，σ_n为所述裂缝面的正应力，为所述标定后的裂缝面的内摩擦角，C_f为所述标定后的裂缝面的内摩擦系数，τ_f为所述裂缝面的剪应力，K_m为所述标定后的基质渗透率，K_f为所述标定后的裂缝渗透率，K为所述标定后的地层总渗透率，ε为井筒钻开时间作用系数，T为所述井筒钻开时间，Bn为所述钻井井斜作用系数， $Bn=\[sin\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}\×cos\mathrm{\ω}\sqrt{1+{\left(sin\right(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ}\left)\right)}^2}-sin(\frac{\mathrm{\π}}{2}-\mathrm{\θ})\],$ ω为钻井井斜角，θ为钻井方位角。